Question

【題目】某地有軟錳礦和閃鋅礦兩座礦山，它們的組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）如下：

科研人員開(kāi)發(fā)了綜合利用這兩種資源的同槽酸浸工藝，工藝流程如下圖所示。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題。

（1）流程I所得濾液中含有MgSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3等，則流程I中被氧化的物質(zhì)有_______種。

（2）流程II中反應(yīng)的離子方程式為_____________。

（3）氫氧化物開(kāi)始沉淀的pH如下表：

氫氧化物	Fe(0H)3	Al(0H)3	Fe(0H)2
開(kāi)始沉淀pH	1.5	3.3	7.6

①流程III中MnO2的作用是將Fe2+氧化成Fe3+，不直接生成Fe(OH)3沉淀的原因是_________。

②MnCO3和ZnCO3的作用是______________。

（4）下圖是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度（g/100g水）曲線，又知MnCO3和ZnSO4的溶解度隨溫度的升高而增大，則流程IV得到Na2SO4固體的操作是：將分離出MnCO3和ZnCO3后的濾液升溫結(jié)晶、趁熱過(guò)濾、_____、干燥，要“趁熱”過(guò)濾的原因是：______________。

（5）本工藝所用的原料除軟錳礦、閃鋅礦、硫酸外還需要購(gòu)買(mǎi)的原料是_______。

（6）流程V的反應(yīng)為：MnSO4＋ZnSO4+2H2O MnO2+Zn+2H2SO4，寫(xiě)出陽(yáng)極反應(yīng)式________。

（7）MnO2和Zn可按物質(zhì)的量之比1 : 1 生產(chǎn)鋅-錳干電池，則從主產(chǎn)MnO2和Zn的角度計(jì)算，所用軟錳礦和閃鋅礦的質(zhì)量比大約是__________。

Answer 1

【答案】 3 Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+、Zn+Cu2+=Cu+Zn2+ 當(dāng)Fe2+完全沉淀時(shí)堿過(guò)量，得不到Al(OH)3沉淀 調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe3+和Al3+生成沉淀 洗滌 盡量減少Na2SO4的溶解量 Na2CO3 Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ 1.025

【解析】依據(jù)流程圖分析可知，流程Ⅰ中軟錳礦和閃鋅礦在硫酸溶液發(fā)生反應(yīng)生成二氧化硫氣體，過(guò)濾得沉淀硫和二氧化硅，濾液中含有MgSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3等，流程Ⅱ中加入鋅，將鐵離子還原成亞鐵離子，銅離子被還原成銅單質(zhì)，過(guò)濾得到銅。流程Ⅲ中，加入MnO2將亞鐵離子氧化成鐵離子同時(shí)消耗酸而得到氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀，濾液中含有硫酸錳和硫酸鋅，流程Ⅳ為濾液中加入碳酸鈉得碳酸錳、碳酸鋅可循環(huán)利用，濾液為硫酸鈉溶液，流程Ⅴ為電解硫酸錳和硫酸鋅混合溶液可得二氧化錳和鋅，則（1）流程Ⅰ中軟錳礦和閃鋅礦在硫酸溶液發(fā)生反應(yīng)生成二氧化硫氣體，過(guò)濾得沉淀硫和二氧化硅，濾液中含有MgSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3等，其中FeS、CuS、ZnS中硫元素及鐵元素化合價(jià)都升高，所以被氧化的物質(zhì)有三種；（2）流程Ⅱ中加入鋅，將鐵離子還原成亞鐵離子，銅離子被還原成銅單質(zhì)，反應(yīng)的離子方程式為Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+、Zn+Cu2+=Cu+Zn2+；（3）①圖表數(shù)據(jù)可知，亞鐵離子沉淀完全的pH為7.6，而鐵離子沉淀完全的pH為1.5，要將亞鐵離子完全沉淀，堿需要過(guò)量，此時(shí)生成的氫氧化鋁會(huì)溶解，因此必須把亞鐵離子氧化成鐵離子，使鐵元素能全部沉淀；②要測(cè)定鐵離子和鋁離子，需要調(diào)節(jié)pH，又因?yàn)椴荒芤�入新雜志，所以MnCO3和ZnCO3的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe3+和Al3+生成沉淀；（4）圖象分析可知溫度高時(shí)析出硫酸鈉，溫度低時(shí)析出硫酸鈉結(jié)晶水合物晶體，所以需要趁熱過(guò)濾，盡量減少Na2SO4的溶解量；洗滌晶體時(shí)用乙醇洗滌避免形成結(jié)晶水合物；（5）由于碳酸鈉在反應(yīng)中被消耗，且在后續(xù)反應(yīng)中不能產(chǎn)生，因此還需要購(gòu)買(mǎi)的原料是碳酸鈉；（6）流程圖中得到產(chǎn)物為二氧化錳和鋅分析，得到鋅是鋅離子在陰極得到電子析出；二氧化錳是在陽(yáng)極錳離子失電子生成，電極反應(yīng)為Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；（7）據(jù)反應(yīng)MnSO4+ZnSO4+2H2O＝MnO2+Zn+2H2SO4可知MnO2、Zn的物質(zhì)的量之比為1：1，故可設(shè)軟錳礦、閃鋅礦的質(zhì)量分別為x、y，得0.7x/87：0.8y/97＝1：1，故x：y=1.025.